Тема 9. Биокосные системы Земли

Биокосными называют системы, в которых живые организмы и неживое, косное вещество взаимосвязаны и взаимообусловлены.

В.И.Вернадский к биокосным системам относил: почву, воды океанов, рек и озер и их илы

В настоящее время к биокостным системам относят:

- почвы - осадочные породы - природные воды - геохимические ландшафты

- илы - кору выветривания - водоносные горизонты .

Все биокосные системы характеризуются:

1. Развитием биологического круговорота атомов, которые на первом этапе - входят в состав живых организмов и «заряжаются» энергией, а на втором этапе – в результате разложения органических веществ переходят в состав минеральных соединений.

2. Захватом энергии солнца и переводом ее в химическую работоспособную форму.

3. Усложнением, дифференциацией, самоорганизацией, ростом, разнообразием и информационной насыщенностью.

I. Почва, как биокосная система

1. Определение почвы и е состав

Во второй половине ХIХ столетия русский геолог и ученый-почвовед Василий Васильевич Докучаев (1846 - 1903) открыл новый класс природных систем, в которых живые организмы и неорганическая материя неразрывно связаны между собой, т.е. образуют единое целое. Одной из таких систем ученый присвоил наименование почвы. Согласно его определению:

Почва – это естественноисторическое тело, образованное при взаимодействии пяти факторов почвообразования: почвообразующей горной породы, рельефа, климата, живых организмов и времени.

По определению другого русского ученого почвоведа и геохимика Александра Ильича Пелермана (1916-1998):

Почва – верхний горизонт литосферы, вовлеченный в биологический круговорот при участии растений, животных и микроорганизмов, область наивысшей геохимической энергии живого вещества.

В состав почвы входят четыре основных структурных компонента:

1) Минеральное вещество (обычно 50-60% общего состава почвы) - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания.

- свыше 50 % минерального состава почвы занимает кремнезем

- от 1 до 25 % приходится на глинозем

- от 1 до 10 % - на оксиды железа

- от 0, 1 до 5 % - на оксиды магния, калия, фосфора, кальция.

Также в состав минерального вещества входят: Si, Al, К, Mg, Ca, Р, S; значительно меньше содержится микроэлементов: Cu, Mo, I, В, F, Pb и др. Подавляющее большинство элементов находится в окисленной форме.

Минеральные элементы, образующие вещество почвенного скелета, различны по размерам: - от валунов и камней

- до песчаных крупинок (частиц диаметром 0,022 мм),

- ила (частиц диаметром 0, 002 - 0, 02 мм)

- и мельчайших частиц глины (размером менее 0,002 мм в диаметре).

Их соотношение определяет механическую структуру почвы.

2) Органическое вещество (до 10%) - образуется при разложении мертвых организмов, их частей и экскрементов.

В органическом веществе почв различают три главные группы компонентов:

- грубый гумус – слаборазложившиеся остатки преимущественно растительного происхождения, образующие лесные подстилки и степной войлок;

- модер – остатки, образующие черное рыхлое вещество, в котором только под микроскопом видно, что оно состоит из измельченных и сильно измененных растительных остатков, обильно пропитанных новообразованными органическими соединениями.

- собственно гумус - почвенные органические образования, не обнаруживающие следов строения растительных тканей. Это аморфные скопления от хорошо прозрачных, светло-желтых до почти непрозрачных темно-бурых.

В одних почвах гумусовые вещества равномерно распределены в объеме, а в других склеивают мелкие минеральные частицы, образуя гумус типа мулль.

Органическое вещество почвы, состоящее из торфяных компонентов, называется гумусом типа мор.

3) Почвенный воздух (15-25%) - находится в порах между частицами почвы.

Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры.

Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе.

4) Почвенная влага (25-30%) - делится на: свободную, капиллярную и пленочную.

Она осуществляет перенос веществ внутри почвы, а также снабжение растений водой и растворенными элементами. Обычно содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию.

Кроме выше перечисленных компонентов, в почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий - 1000 - 7000, микроскопических грибов - 1001000, водорослей 100300, членистоногих - 1000, червей - 350 - 1000.

Почва (или педосфера) — представляет собой биокосную систему, основанную на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.

!!! В современном почвоведении принято следующее определение почвы.

Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая четырехфазная структурная система, возникшая в результате взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и живых организмов в поверхностном слое коры выветривания.

Почвенный покров (или педосфера) на Земле во всей его сложности и неоднородности в пространстве является функцией горной породы, рельефа, климата, растительного покрова, животного мира, человека и времени.